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Esperimenti di fluidizzazione vibrata di una polvere coesiva di silice

Informazioni tesi

  Autore: Daniela Santoro
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2005-06
  Università: Università degli Studi di Salerno
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria chimica
  Relatore: Massimo Poletto
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 50

Lo scopo del lavoro di tesi è quello di investigare sperimentalmente la possibilità di fluidizzare una polvere coesiva di silice con l’applicazione di vibrazione meccanica e di individuare eventualmente le condizioni operativa ottimali per favorire tale tecnica.
Un letto di silice di peso 0.300 kg è stato alloggiato in una colonna cilindrica di diametro interno di 85 mm. Come gas fluidizzante è stata impiegata aria deumidificata a temperatura ambiente.
La sperimentazione condotta ha riguardato l’ottenimento delle curve di fluidizzazione e delle curve di espansione del materiale utilizzato in assenza e in presenza di vibrazioni a valori dell’accelerazione di 2 g e a frequenza variabile nell’intervallo tra 15 Hz e 150 Hz.
Una seconda tipologia di prove è stata eseguita variando sia il valore dell’accelerazione tra 1 g e 4 g, che la frequenza tra 15 Hz e 125 Hz. In questo caso sono state misurate le perdite di carico nel flusso d’aria e l’altezza del letto in fase di defluidizzazione. In particolare, queste misure sono state effettuate a tre valori di velocità fissati e dopo avere aerato la polvere in condizioni di piena fluidizzazione.
L’applicazione delle vibrazioni è risultata favorevole per la movimentazione del letto. La vibrazione presumibilmente agisce sui contatti interparticellari e promuove la ridistribuzione delle particelle riducendo la stabilità aggregata della polvere.
Sono state osservate fenomenologie differenti nel corso delle prove sperimentali a frequenze maggiori e minori di 80 Hz e valori molto diversi di predite di carico dell’aria e espansione del letto. Il valore dell’accelerazione non è quindi risultato un parametro così determinante, come il valore della frequenza.
Inoltre, i risultati sperimentali in termini di perdite di carico ed espansione del letto sono stati elaborati con l’equazione di Ergun per stimare il diametro degli aggregati presenti nel letto alle diverse condizioni di vibrazione. I diametri così valutati sono in ottimo accordo con quelli osservati in tecniche differenti da Liguori (2005) nello stesso materiale. La variazione dei diametri con l’accelerazione è coerente con il modello proposto da Donsì et al (2003) per la stima degli stessi.

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1 1. Introduzione 1.1 Scopo della tesi Fluidizzare un letto di particelle solide con un gas è un’ottima tecnica per assicurare il mescolamento delle particelle ed il contatto intimo tra le due fasi. Di conseguenza, sovente i processi industriali che coinvolgono un sistema gas-solido come l’essiccamento, il riscaldamento o il raffreddamento, e che trattano grandi quantità di materiale solido, usufruiscono di tale metodo attratti dai vantaggi conseguenti: migliori scambi di materia e di energia, temperature più uniformi, semplicità nel controllo del processo, economia e scarsa manutenzione. La possibilità di fluidizzare un letto di particelle dipende da diversi fattori tra cui: la temperatura del processo, il tipo di materiale e la granulometria della polvere. In generale, le polveri più fini (diametro medio delle particelle inferiori a 100 µm) e quindi dotate di elevata area interfacciale, sono caratterizzate da un comportamento coesivo, con tendenza a formare aggregati di una certa stabilità. Durante la fluidizzazione, gli aggregati sono scarsamente permeati dal gas di fluidizzazione, che interagisce con il letto di particelle coesive tracciando dei percorsi preferenziali (canali) attraverso i quali fluisce con una conseguente marcata riduzione dell’efficienza del contatto tra le due fasi, solido e gas. D’altra parte, il recente fiorire di processi che prevedono il trattamento di polveri fini e ultrafini spinge alla ricerca della messa a punto di dispositivi e metodologie che consentano di estendere l’applicazione della fluidizzazione al caso di queste polveri. In generale, queste tecniche sono basate sul principio di fornire al sistema solido-gas l’energia sufficiente a distruggere i legami solido-solido interni agli aggregati. Tra queste tecniche, la fluidizzazione vibrata si presenta come un metodo potenzialmente efficace per la promozione della fluidizzazione di polveri coesive. Lo scopo del lavoro di tesi è stato quello di investigare sperimentalmente la possibilità di fluidizzare una polvere coesiva di silice con l’applicazione di vibrazione meccanica e di individuare l’eventuale esistenza di condizioni operative ottimali per promuovere la fluidizzazione.

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